Корейские исследователи изготовили покрытия, состоящие из гидрофильных и гидрофобных областей и способные управлять движением воды. Этот подход к получению материалов имеет хорошие перспективы в практической жизни: он может найти применение при создании мини-лабораторий и других устройств, работающих с потоками жидкостей.

Часто для создания новых необычных приборов и устройств исследователи пользуются подсказками матушки-природы. Так, детально изучив листья лотоса, они смогли создавать качественные водоотталкивающие покрытия, которые находят применение в различных областях промышленности. Реализация «эффекта лотоса» для создания гидрофобных покрытий, несомненно, очень привлекательна, она открывает массу перспектив, однако было бы гораздо интереснее создавать более сложные и комплексные структуры на основе этого эффекта. Например, совмещая на единой поверхности гидрофобные и гидрофильные области, можно управлять на ней движением воды. Кстати, на этот случай у природы тоже нашёлся яркий пример использования подобного эффекта – пустынный жук Onymacris unguicularis, который способен собирать влагу из тумана. Утром, когда ветер приносит в пустыню влагу с моря, вода конденсируется на выступах надкрыльев этого жука и стекает вдоль них по центральному желобку к ротовым органам.

Огромный интерес представляет собой создание таких комплексных структур на поверхности металла. Получать покрытия с «эффектом лотоса» на металле можно различными способами, например с помощью химического травления или электрохимической обработки. Однако эти методы трудно использовать для создания на одной подложке сложных по форме областей, обладающих различными водоотталкивающими свойствами.

Учёные Сеульского национального университета и Корейского института науки и технологии изобрели альтернативный, быстрый и нетоксичный способ изготовления поверхностей, состоящих из гидрофильных и гидрофобных областей. Как считают исследователи,

их метод может с успехом использоваться для создания и улучшения мини-лабораторий, а также других устройств, работающих с потоками жидкостей.

В качестве исходного материала группа исследователей брала изготовленные из трёх видов стали металлические пластинки. На первом этапе пластинки обрабатывались с помощью плазмы в газовой среде тетрафторметана. В результате этого поверхность пластинки становилась шероховатой и приобретала микрорельеф, в чём-то схожий с поверхностью листьев лотоса. Затем пластинку опускали в воду, в которой происходило формирование оксида железа на поверхности. При этом фтор, который прореагировал с железом при плазменной обработке, был катализатором данной реакции. Образование оксида приводило к дальнейшему увеличению неровности: на поверхности появлялись «наноиголочки» и «нанопластинки».

Что интересно, после такой обработки поверхность одной из пластинок, изготовленной из определённого вида стального сплава, стала практически идентичной поверхности водоотталкивающего листочка Robinia pseudoacacia (робиния псевдоакация – растение из семейства бобовых), которую учёные брали для сравнения.

Для того чтобы изготовленные пластинки стали водоотталкивающими, исследователи наносили на них специальную гидрофобную плёнку. Благодаря этому металлические подложки стали плохо смачиваться – капельки воды на них приобретали практически идеальную сферическую форму и без сопротивления скатывались с них.

С целью получения гидрофильных областей на водоотталкивающих пластинках учёные обрабатывали их с помощью той же плазмы, только в кислородной среде и через металлическую маску с отверстиями. В тех местах, где в маске были отверстия, пластинка становилась гидрофильной, а в закрытых областях оставалась гидрофобной. При помещении такой пластинки во влажную камеру пары воды преимущественно конденсировались на гидрофильных областях, и такие области становились своеобразным каналом, по которому вода стекала с поверхности. На сайте журнала есть интересное видео, отражающее свойства полученного материала.

Корейские учёные не собираются останавливаться на достигнутом. Они считают, что

их метод может найти широкое промышленное применение, и собираются работать над дальнейшим улучшением водоотталкивающих свойств полученных образцов.

Источник информации:

Eun Kyu Her, Tae-Jun Ko, Kwang-Ryeol Lee, Kyu Hwan Ohand, Myoung-Woon Moon Bioinspired steel surfaces with extreme wettability contrast. – Nanoscale. – Препринт статьи доступен на сайте журнала.